[发明专利]具有半导体器件的电子电路的异质结构

说明书

根据所提出的目的，本发明由一种电子电路构成，其具有半导体器件，该半导体器件包含异质结构，并且该异质结构包含具有化合物半导体的第一层，具有化合物半导体的第二层邻接于第一层，以便构成用于二维电子气(2DEG)的沟道，使得其中二维电子气不存在。因此，本发明特别涉及一种电子电路，其具有半导体器件，该半导体器件包含III‑V异质结构并且III‑V异质结构包含第一层，该第一层包含GaN并且邻接于第二层，以便构成用于二维电子气(2DEG)的沟道，并且第一层的纯度使得二维电子气不存在。因此，对于前述电子电路来说有利的是，该电子电路被如下地封闭，即：运行中波长小于400nm的光不能到达III‑V异质结构并且该波长能够生成自由载流子。

技术领域

本发明涉及一种具有半导体器件的电子电路和一种晶体管。

背景技术

化合物半导体具有大带隙并且由此产生高电击穿强度，其例如是氮化镓(GaN)又或者是氧化锌(ZnO)，这是对于电力电子领域中的应用来说值得期待的材料。结合高载流子迁移率，可以构建与如今主流使用的半导体硅相比特性因数更高的用于高压的更紧凑的器件。高载流子迁移率同样也是对于高频应用中的晶体管的高跨导和极限频率的必要核心参数。在场效应晶体管的硅技术中，在进行开关的沟道区域(例如p-掺杂)与连接区(n-掺杂)之间主要应用反向的局部掺杂，与场效应晶体管的硅技术相反，在III-V族半导体化合物(如氮化镓)中，具有高载流子迁移率的掩埋二维电子气(2DEG)的导电性可以有利地在异质结构结处通过控制电极的场效应来调制或开关。

在此，对于GaN常见的是由铝-氮化镓102和氮化镓101(AlGaN/GaN)(图1)构成的异质结，其中载流子(特别是电子)的限域电势进而GaN侧上的2DEG靠近GaN/AlGaN界面。该异质结构通常生长在缓冲层103上，该缓冲层位于基底100上，例如由GaN、AlGaN、碳化硅(SiC)、蓝宝石或硅构成的基底上。

当然，由此获得如下缺点，该2DEG大面积地形成并且如至今为止所描述的那样固有地被电子填充。

C.G.Van de Walle描述了作为多余载流子来源的表面状态(C.G.Van de Walleet al.,Journal of Applied Physics 101,081704,2007)，该表面状态在GaN/AlGaN界面处聚集限域电势，进而固有地能够形成作为导电沟道的2DEG。在此，特别要提及的是限域电势的作用。通过在材料中的异质结处沿着极化结晶方向的极化不连续性，形成该限域电势，然而这根据定义不必聚集有载流子，进而不固有地构成导电沟道。类似的表现由氧化锌/氧化锌镁(ZnO/MgZnO)(J.Falson et al.,REPORTS ON PROGRESS IN PHYSICS 81(5)，056501,2018)或钛酸锶/铝酸镧(SrTiO/LaAlO)(A.Ohtomo et al.,NATURE 427(6973)423-426,2004)的异质结构来获知。

因此仅通过附加的电场来排空沟道是可行的。在没有电场或其他对于所构成的异质结构的结构性干预的情况下，沟道总是导电的，这对于故障安全应用(fail-safeoperation故障安全运行)带来显著的缺点。这在图1中通过两个电触点105以及一个电路示出了电压源130和电流测量单元120。2DEG引起的电流的流动与电压源的极性无关，并且其值与电路是否受光照射或者是否位于屏蔽光的壳体180中无关。

只要在AlGaN/GaN异质结处形成2DEG，则具有肖特基构型作为控制电极或具有在控制电极和AlGaN势垒之间的附加介电层的HEMT器件(High Electron MobilityTransistor，高电子迁移率晶体管)，因此就具有负的启动电压，即小于0V的启动电压并且具有常开特性，这意味着晶体管在0V的控制电极电压下导通。但是，常闭器件在电路技术方面能够更易于操控并且在电力电子件中的控制电子件失效的情况下满足故障安全运行，因此要寻求器件的常闭特性。